Устройство для управления трехфазным асинхронным электродвигателем

 

(61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) ЗаявлЕно 06.07.73 (2)) 1940097/24-7 с присоединением заявки ¹! 3940801/24-7 (51) М. Кл.з

,Н02 Р 6/36

Гкудаустаанньй анитат

66ивта Мнинатраа 6И1 а AIIJ!nII II>IIQII>IIIIIIII н ОтирытиЙ (2З) Приоритет

1 (4З) Опубликовано 05.07.76. Бюллетен, Ng 25- (53) УДК 62),313З33-52 (088.8) (46} Дата опубликования описания 27,09.76 (72) Авторы изобретения

A. K, Аракелян и Б. 8. Михайлов (71) Заявитель

Чувашский Государствениып университет им. N. H. ульян(2ва (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫМ

АСИНХРОНЯЬ!М ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ

Изобретение относится к области автоматически регулируемых злектроприводов малой мощности с короткозамкнутыми двигателями, используемы. ми в однофазных, в час ности в осветительных сетях.

Известно устройство для управления трехфаэным асинхронным двигателем, подключенным к однофазнсй сети, содержащее активно-емкостный элемент в свободной фазе двигателя и тиристор.

В этом устройстве симметричный режим реализуется только для вполне определенного значения скольжения асинхронного двигателя. Параметры фазосдвигающего элемента выбираются, как правило, по пусковым условиям двигателя для обеспечения необходимого пусково. о момента, Однако в рабо:ем 1б режиме, особенно прн малых нагрузках на валу двигателя.симметрия фазовых напряжений и токов может нарушиться в такой степени, что нормальная эксплуатация двигателя по условиям его нагрева, надежности и безопасности затрудняется. При выборе же па,IQ раметров фазосдвнгающего элемента для рабо птх скольжений возникает необходимость повьцпения пускового момента посредством дополнительно BKJiioI.. ченной в период пуска емкости, требующей, в свою .Ля,, очередь, дополнительной коммутационной аппарату.. ры. В момент же отключения этой емкости, носле пуска, возникают ощутимые перенапряжения в це пях статора и резкое понижение электромагнитного, момента двигателя, приводящее к его опрокидыва-!

< ни О.

Целью изобретения является обеспечение сим метричного режима работы электродвигателя независимо от его скольжения.

Изобретение позволяет получить близкий к уравновешенному регулируемый режим работ ы двигателя в относительно большем интервале нагрузок, и скоростеи; формировать желаемую пусковую характеристику двигателя, получить семейства perys! èровочных механических характеристик, пригодных дня практиче, кого пользования, снизить уровень электрических и электромагнитных потерь в, к ига тe ле, снизить габариты фазосдвигающего устройства. обеспечив бесконтактное управление элсктроприв.дом. укаэанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве тиркстор включен последователь1но с фазосавигаюшим конденсатором активно-емкоеI

520683: на его выходе, т. е. сигнал U < минимален. Этот сигнал в схеме с тахомашиной равен нулю. Если задающий сигнал — UB< отсутствует, то на базу транзйсто ра

18 (фиг. 4) релейного элемента подается отрицательное напряжение, он открыт, а запускающий транзистор 19 заперт напряжением смещения,. происходит заряд конденсатора 20, что в последующем обеспечи вает сдвиг отпирающего импульса в сторону его от-, ставания по сравнению с напряжением фазы С на угот

1© A(4). Генератор импульсов 5 не работает, тнристор:

4 заперт, резистор 3 включен полностью, что усугубляет пуск двигателя из-за ограничения тока B конденсаторной фазе.

Для нормального пуска двигателя до желаемой скорости задатчиком 9 подается положительная разность напряжений j U „- U ) на базу транзистора 18 релейного элемента, последний закрывается, что обуславливает переключение релейного элемента

8. В результате этого переключения на базу запускаA ющего транзистора 19 подается сигнал, компенсирую-, ) щий напряжение смещения. Таким образом,под дейст вием синусондального напряжения генератора синусоидальных импульсов 7 запускающий транзистор 19 @ формирует запускающие импульсы, дифференцируемые конденсатором 21, подаваемые на вход генератора импульсов 5. Одновременно происходит отпирание транзистора 22 и разряд конденсатора 20, что препятствует быстрому запиранию транзистора 23. Этим

Я и обеспечивается временное изменение угла сдвига импульса генератора импульсов по отношению к аноднпму напряжению, снимаемому между фазами двигателя. Тиристор 4, открываясь, шунтирует демпфируе енно плавное напряжениеь, на фаэосдвигающей емкости 2, на кото-

35 рое подключен трансформатор 13, (в свою очередь нагружаемый па обмотку управления 14 магнитного усилителя через выпрям7 тель 15) и током в главнои фазе двигателя. Пропорциональный этому току сигнал через выпряь чтель 16 подаеп я на обмо ку 17.

Обмотки управления 14 и 17 включаются так, что

Нх намагничивающие силы направлены встречно. Обмотка смещения используется для формировании нужной выходной характеристики магнитного усилителя в процессе настройки схемы.

Пуск двигателя осуществляется следующим о6разом. При подключении к питаю1цей сети фаз на третью фазу подается напряжение через фазосдвигающий кон-, .! денсатор 2. Уровень этого напряжения в последующем .

1 меняется в зависимости от скольжения двигателя. Дей-; ствие сигнала, пропопционального этому напряжению, . особо проявляется со снижением скольжения, когда напряжение возрастает примерно 1,5-2 раза. Сигнал жс от токовой обратной связи максимален в об- g5 ласти больших скольжений, когда по главной фазе А;

f течет наибольший ток двигBTGJIII. Поэтом> в первый момент пуска на входс мап1итного усилителя имеет место 17РимсРиос jIIIBOHc7B0 1им7гни IHBIII01IIIIx cIUI.

П0370му млгнитиь1и усилитель 1 за11е1)т, а сигнал

)... Й

1ного элемента и параллельно резистору укаэанного элемента, при этом управляющий переход тиристора соединен с блоком управления, на вход которого подан сигнал обратной связи по скольжению.

На фиг, 1 и 2 приведс,ны два варианта предлагаемого устройства; на фиг. 3 — векторная диаграмма

/, цепей асчнхронного двигателя, построенная по первым гармоникам напряжения и тока; на фиг. 4 -эЛеI ментная схема блока управления.

На асинхронный двигатель 1 подано напряжение двух фаз питающей сети, а третья фаза двигателя через фазосдвигаюйий конденсатор 2 и демпфирующив резистор 3 подключена к одному иэ двух сетевых зажимов в зависимости от желаемого направления вращения механизма. Демпфирующий резистор 3 частично или полностью, что определяется при расчете параметров фазосдвигающего утсройства, шунтируется одним полупроводниковым вентилем (тиристором) 4 управляемым, например, посредством полупровод-никового генератора импульсов 5. Генератор 5 работает в ждущем режиме, и запуск его осуществляется узлом 6 в сочетании с источником синусоидального напряжения 7. 1 елейнь7й режим работы системы в целом обеспечивается полупроводниковым реле 8 и регулируемым коэффициентом возврата (йо ).

На входе релейного элемента сравниваются два сигнала: задающее напряжение (U ), снимаемое с датчика скорости 9, и напряжение обратной связи (U ), снимаемое спотенциометра 10или таас хомашины 11 (фиг. 2). Сигнал обратной связи (на фиг. 1), снимаемый1с выхода дроссельного мапппного усилителя 12, определяется переменными системы 1 ющии резистор 3, обеспечивая одновр м изменение напряжения (тока) в конденсаторной фа- зе двигателя от минимального до его максимального значения. Пуск двигателя 1, имеющего сопротивление короткого замыкания », происходит при макск симальной эквивалентной емкости фазосдвигающего элемента 7, обеспечивающе Й расчетный пусковой м1 мент двигателя (фиг. 3) .

По мере увеличения скорости вращения ротора двигателя возрастает регулирующая. н. с. подмагничи. вания магнитного усилителя 12 (или же напряжения на зажимах тахомашины 11), вызывая его на-ьнцение.

Теперь сигнал на входе релейного элемента 8 U, определяемый разностью UBÄ вЂ” Uî с, ум пытается.

По достижении этой разностью величины нечувствительности релейного элемента11Л.. — U =ь0 О>, он опрокидывается, и тирнстор 4, эак17ываясь, вводит резистор 3 в конденсаторную фазу двигателя.

Этим обеспечивается перераспределение напряжения между резистором 3 и конденсат ром 2 и реализуется тем самым плавное снижение его уровня на фазовой обмотке двигателя. В таком состоянии схемы далы1ейил1й рост скорости двигателя прекращаетI .. ся. Снижение же скорости приводит к повышению наlF 1.. 1 т б о (G. 1) е

S

:пряжения на входе релейного элемента и к olmlPewl ) тиристора 4. В дальнейшем этот процесс повторяется и по Måðå достижении заданной скорости переходит . в автоколебательный режим. Устанавливается стабильный режим вк. почения и отключения резистора 3, :благодаря чему поддерживается необходимая эквивалентная емкость конденсаторной фазы и заданная скорость двигателя, С изменением уставки установившейся скороi (сти двигателя (U у или нагрузкй на его валу при, заданной скорости частот» включения шунтирующего

, тиристора 4 изменяется, что приводит к снижению либо повышению эквивалентной емкости фазосдвигающего элемента и тем самым способствует поддержанию

1 уравновешенного режима двигателя.

Для схем фиг. 1 справедливы следующие урав-! пения напряжений и токов:

0=1.1 «-Ц; U = 1т +.тт «. гт

A В

=I; l .z, =U -0

А В С С К К К К R

Решение этих уравнений относительно токов с ,учетом ихпримой (1 1 и обратной (1 ) после. доватет ьностей и в последующем совместное реше- ние этих токов позволяет получить зависимость вектора комплексного сопротивления фазосдвигаюI щего элемента:

683

Демпфирующее сопротивление подбирается по условию работы двигателя на рабочей скорости; ! М эР. ср.

= - б Ъ Х. (а.а — 1) е ср

Ь. (где Ь - модуль полного сопротивления двигателя ! для рабочего скольжения, 6 = 5:Р -, Ч ср - угол сдвига межпу током и напряжением при рабочем скольжении. !

1®

Таким образом,по известной пусковой емкости . и необходимой эквивалентной рабочей емкости фаза ! сдвигающего устройства определяется демпфируто щее сопротивление R . Его величина берется эа-! вышенной, с учетом частоты включения,а -К.а,; „= /F.е

В

:где Р - частота включений шунтирующего тири. стара, Выбранное сопротивление рассчитывается на !

IýêâèâàëåíYíûé фазовый ток двигателя. @ Средняя скорость на участке включенного и отключенного состоя шй электродвигателя определяется следующим образом:

t8 о ю= ((!!!+!!! (!!1! Да,+и! !!.!)!а, о а Р räe

Ь !

7 Х П у (ц2- 1 ) ск. эк ик ск.где Ъ - полный импеданс фаэосднигающего экеяк мента при пуске двигателя;

7, - модуль полного сопротивления двигателя сх при S= 1;

- угол сдвига между током и напряжением си двигателя. комплекс полного сопротивления дви-! гателя прямой последовательности при данном скольжении; Т

Оа p - поворотный вектор.

Графическая интерпретация комплексного коэффициента при векторе Ь проиллюстрирована на фиг. 3 в третьем квадранте, а комплексное сопротив. ление — в четвертом. Из векторной диаграммы фиг. 3 следует, что автоматическое регулирование эквивалентной емкости сопряжено с одновременной компенсацией потребной реактивно," мощности для уп,1эавляемого в рассматриваемой схеме асинхронного двигателя.

Расчет фазосдвигаюшего элемента веде гся по двум условиям: пусковому и рабочему.

Выбор фазосдвигающей емкости по условиям пуска производится так:

6 о где1ВФ. - соответсгвенно время включения и (отключения шунтирующего сопротивления иристор! ,< g(t)>ll!-!q (t) — изменение скорости при разбеге и за-! медлении двигателя; щ iв — значение скоростей, при которых llpo ! (исходит отпирание и запирание тиристора.

;Если воспользоваться уравнением пвиж ния пр

49 вода д я у астка разбега

М-M =J — с и для участка замедления

duo

46 !

-2ч = J — i с . где М М вЂ” электромагнитный момент двигателя ! и момент сопротивления механизма, 0и Б,р,U < — соответсгвешго номинальное напряж яя we двигателя и его составляющие прямой и абратн последовател ности, то средняя скорость с достато ной для практики точносгью будет: ьв i ts в. = 1 — ш.

) ор О, ф +t k t. +t о в

520683

Частота автоколебаний будет. зависеть от постоянной времени релейно-фазового блока управления

5, устройства. — Т: !

М

<-о,E7(s-- v") 3+ õàè. М

1 (М„-М

T ЕМ М Т(1-U") где U — фазное напряжение двитателя при 4 = О ! в относительных единицах;

2 — момент инерции системы электропривода;, О

Мд- граничный момент двигателя, развиваемйФ в естественнойсхеме включения и номинальном напряжении питания.

Анализ полученных основных соотношений показывает„что повышение установившейся скорости до скорости, близкой к скорости холостого хода двигателя, или разгрузка двигателя по моменту на заданной скорости приводит к снижению частоты включения демпфирующего резистора, что то же самое, к уменьшению эквивалентного емкостного сопротивления фаэосцвигающего элемента. При о6ратном изменении этих переменных частота увеличи-, вается, значит растет эквивалентное емкостное сопро . тивлелие контура, автоматически приспосабливая та- ажесткость механическойхарактеристики ьм 1" А êc О 4-К где — коэффициент отрицательной обратной связи по скорости;

К вЂ” коэффициент неравномерности скоросС

36 ким образом двигатель к режиму, близкому к уравновешенному, формула изобретения у устройство для управления трехфазным асин- . хронным электродвигателем, подключенным к однофаэной сети, содержащее активно-емкостный weмент в свободной фазе двигателя и тиристор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения симмет@ ричного режима работы электродвигателя от его скольжения, тиристор включен последовательно с фазосдвигающим конденсатором активно-емкостно-.с элемента и параллельно резистору указанного we мента, при этом управляющий переход тиристора соединен с блоком управления, на вход которого додан сигнал обратной связи по скольжению.

520683, Составигель В. Кузнецова

Техред А. Демьянова Корректор Н, Ковалева: Мдактор В, Фельдмаи

Заказ ЗЯбаУ233

Филиал ППП Патенз", r. Ужгород, ул. Проектная 4

Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитет» Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4